Binder Jetting von 17-4 PH – Gefüge und Eigenschaften

Die vorliegende Arbeit handelt von den mechanischen Eigenschaften und dem Gefüge des mittels Binder Jetting (BJT) additiv gefertigten Stahls 17-4 PH (1.4542). Eingangs wird die Reproduzierbarkeit der Gründichte in Abhängigkeit vom Bauzyklus und der Probenposition im Bauraum der BJT-Anlage ermittelt. Anhand von Würfel- und Zugproben folgen Untersuchungen bezüglich des Einflusses von Sintertemperatur und Haltezeit sowie des Einflusses der Probengeometrie auf Gefügemerkmale wie Porosität, Phasenverteilung und Korngröße ebenso
wie auf Härte, Festigkeit und Duktilität. Der Fokus der Experimente liegt dabei stets auf den Wechselwirkungen zwischen den mechanischen Eigenschaften und dem zugrunde liegenden Gefüge. Darüber hinaus wird im Rahmen der Arbeit eine angepasste Wärmebehandlung für den mittels BJT gefertigten 17-4 PH vorgestellt, die im Gegensatz zur konventionellen Wärmebehandlung die martensitische Umwandlung und die Ausscheidungsverfestigung für Geometrien mit Wandstärken von bis zu 15 mm gewährleistet. Abschließend werden das Ermü-
dungsverhalten sowie die Zugeigenschaften und die Kerbschlagzähigkeit in Abhängigkeit der Aufbaurichtung beim Drucken für einen gehärteten und einen überalterten Wärmebehandlungszustand (H900* und H1150M*) vorgestellt

This study addresses the mechanical properties and microstructure of a 17-4 PH martensitic steel (1.4542) additively manufactured by means of binder jetting (BJT). Initially, the reproducibility of green density as a function of the build cycle and the specimen position in the build chamber of the BJT-system is analyzed. By using cubic specimens and tensile specimens, the effects of sintering temperature, hold time and specimen geometry are investigated with respect to microstructural characteristics such as porosity, phase distribution and grain size as well
as to hardness, strength and ductility. The experiments are focussed on the correlations between the mechanical properties and the corresponding microstructures. In addition, the study presents an adapted heat treatment for the 17-4 PH produced by BJT, which ensures martensitic transformation and precipitation hardening for geometries with wall thicknesses of up to
15 mm in contrast to the conventional heat treatment. Finally, the fatigue behavior as well as the tensile properties and the notched impact strength as a function of the build direction during printing are presented for a hardened and an overaged heat treatment condition (H900* and H1150M*).

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